2021年8月31日 星期二

[農學院] 甲殼素、殼聚糖、殼寡糖的農業用途 (2/3)


 甲殼素、殼聚糖、殼寡糖的農業用途

3殼聚糖 CHITOSAN

中文名: 殼聚糖,甲殼胺,聚胺基葡萄糖,脫乙醯甲殼素英文名: chitosan
CAS 號碼:9012-76-4
化學名:β-(14)-2-氨基-2-去氧-D- 葡萄糖分子式: (C6H11NO 4)N 單元體的分子量為:161.2
殼聚糖 CHITOSAN 又名甲殼胺,是甲殼類動物(如蝦、蟹)、昆蟲和其他無脊椎動物外殼中的甲殼中的甲殼質,經脫乙醯化(提取)制得的一種天然高分子多糖體,是動物性的食物纖維。它是一種線型的高分子多糖,即天然的中性粘多糖,若經濃堿處理去掉乙醯基即得脫乙醯殼多糖(幾丁聚糖)。殼聚糖是甲殼質脫乙醯的產物, 學名為(14)2 一氨基一2一去氧一BD一葡聚糖,可溶於酸和酸性水溶液。殼聚糖中仍有N 一乙醯基存在,它與甲殼質在結構上的區別在於 脫乙醯度的大小,脫乙醯度在70%以上的甲殼質即為殼聚糖。
甲殼素是高分子量物質,其分子量可達100萬以上。分子量越高吸附能力越強,適合工業、環保領域應用。低分子量容易被人體吸收。分子量為7000左右的幾丁聚糖,大約含 30個左右的葡萄糖胺殘基。幾丁質經過脫乙醯基成為幾丁聚糖。幾丁質因為不溶於酸堿也不溶于水而不能被身體利用。脫乙醯基後可增加其溶解性因此可被身體吸收。N-乙醯基脫去55%以上的則稱為殼聚糖。
殼聚糖比甲殼素的溶解性要好。殼聚糖是葡糖胺和N一乙醯葡萄糖胺的複合物,由於聚合程度的不同,其分子量在501000kDa之間。 殼聚糖的外觀呈半晶體狀態,晶體化程度與去乙醯化相關。50%去乙醯化時,其晶體化程度最低。
純甲殼素是一種無毒無味的白色或灰白色半透明的固體,在水、稀酸、稀堿以及一般的有機溶劑中難以溶解,因而限制了它的應用和發展。後來人們在研究探索中發現,甲殼素經濃堿處理脫去其中的乙醯基就變成可溶性甲殼素,又稱甲殼胺或殼聚糖或簡稱聚胺基葡萄糖。這種殼聚糖由於它的大分子結構中存在大量氨基,從而大大改善了甲殼素的溶解性和化學活性,。殼聚糖多由蟹殼等海鮮殼加工而成,以優質海蟹為原料的幾丁聚糖是純白色的;另外,殼聚糖加工工藝中有需要除蛋白質,這是影響甲殼素純度的一個重要指標,蛋白質去除不盡,顏色會偏黃。殼聚糖的生產過程中,脫乙醯基是一個關鍵過程,也是影響其產品品質的一個重要因素,脫乙醯度越高,殼聚糖的品質越好,一般建議選擇脫乙醯度90% 以上的產品。
殼聚糖是甲殼素脫N-乙醯基的產物,一般而言,N-乙醯基脫去55%以上的就可稱之為殼聚糖,或者說,能在1% 乙酸或1% 鹽酸中溶解1%的脫乙醯甲殼素,這種脫乙醯甲殼素被稱之為殼聚糖。事實上,N-脫乙醯度為55%以上的甲殼素,就能在這種稀酸中溶解。
作為工業品的殼聚糖,N-脫乙醯度在70%以上。N-脫乙醯度在55%~70%的是低脫乙醯度殼聚糖,70%~85%的是中脫乙醯度殼聚糖,85%~95%的是高脫乙醯度殼聚糖,95%~1
00%的是超高脫乙醯度殼聚糖。N-脫乙醯度100%的殼聚糖極難製備。 甲殼素的每個糖基上,也許都有N-乙醯基,也許不一定都有N乙醯基,凡是N乙醯度在50%以下的,都被稱之為甲殼素,因為它肯定不溶於上述濃度的稀酸。
脫乙醯基程度(D.D)決定了大分子鏈上胺基(NH2)含量的多少,而且D.D增加,由於胺基質子化而使殼聚糖在稀酸溶液中帶電基團增多,聚電解質電荷密度增加,其結果必將導致其結構,性質和性能上的變化,
純甲殼素和純殼聚糖都是一種白色或灰白色半透明的片狀或粉狀固體,無味、無臭、無毒性,純殼聚糖略帶珍珠光澤。生物體中甲殼素的相對分子品質為1×10 62×10 6,經提取後甲殼素的相對分子品質約為3×10 57×10 5,由甲殼素制取殼聚糖相對分子
品質則更低,約2×10 55×10 5。在製造過程中甲殼素與殼聚糖相對分子品質的大
小,一般用粘度高低的數值來表示。商品殼聚糖視其用途不同有三種不同的粘度,即高粘度產品為0.71Pa·s、中粘度產品為0.250.65 Pa·s、低粘度產品<0.25 Pa·s
在特定的條件下,殼聚糖能發生水解、烷基化、醯基化、羧甲基化、磺化、硝化、鹵
化、氧化、還原、縮合和絡合等化學反應,可生成各種具有不同性能的殼聚糖衍生物,從而擴大了殼聚糖的應用範圍。
殼聚糖大分子中有活潑的羥基和氨基,它們具有較強的化學反應能力。在鹼性條件下C-6 上的羥基可以發生如下反應:羥乙基化——殼聚糖與環氧乙烷進行反應,可得羥乙基化的衍生物。羧甲基化——殼聚糖與 氯乙酸反應便得羧甲基化的衍生物。磺酸酯化—— 甲殼素和殼聚糖與纖維素一樣,用堿處理後可與二硫化碳反應生成磺酸酯。氰乙基化—— 丙烯腈和殼聚糖可發生加成反應,生成氰乙基化的衍生物。
上述反應在甲殼素和殼聚糖中引入了大的側基,破壞了其結晶結構,因而其溶解性提高,可溶于水,羧甲基化衍生物在溶液中顯示出聚電解質的性質。
因殼聚糖分子中帶有游離氨基,在酸性溶液中易成鹽,呈陽離子性質。殼聚糖隨其分子中含氨基數量的增多,其氨基特性越顯著,這正是其獨特性質的所在,由此奠定了殼聚糖的許多生物學特性及加工特性的基礎 [1]
根據甲殼素的脫乙醯程度的不同可以 將殼聚糖分為不溶性殼聚糖和可溶性殼聚糖。 比如將甲殼素中的 50%乙醯基脫去, 成為半制殼聚糖, 這種殼聚糖不能溶於酸, 但是會溶脹。如果繼續脫去分子中剩餘的乙醯基, 便可以製成可溶性殼聚糖, 它在簡單有機酸及無機酸中分散溶解成粘稠膠體, 並在酸性溶液中逐漸水解, 其最終分解產物為葡萄糖胺。
由於甲殼質脫乙醯化後游離氨基的產生,使殼聚糖易於溶解在大多數有機酸和無機酸中,但殼聚糖不溶水。但若採取適當條件,對其進行降解,當其平均分子量小於一萬時,則成為低聚水溶性殼聚糖 (簡稱低聚殼聚糖)。殼聚糖降解而獲得的 210個氨基葡萄糖以beita l4一糖苷鍵連接而成的低聚糖,叫做殼寡糖,也叫殼聚寡糖或幾丁寡糖,學名為beital4一寡糖一葡萄糖胺。
甲殼素和殼聚糖均具有非常複雜的螺旋結構,且甲殼素和殼聚糖的結構單元不是單胺(N乙醯胺基葡萄糖或者氨基葡萄糖),而是二胺。
  
在自然界中果品蔬菜獲得甲殼素的途徑有兩種,一種是在與昆蟲直接接觸時果品蔬菜分泌甲殼素酶,直接將接觸部位的甲殼素分解吸收;另一種是從土壤中獲得,即昆蟲死後的殘骸或真菌自溶的菌絲體、子實體進入土壤後被微生物分解,其被分解的甲殼素被果品蔬菜根部吸收。
甲殼素(殼聚糖)促進土壤中有益菌的生長,改善土壤中微生物的分佈。在土壤中施入甲殼素後,能促進放線菌、固氮菌、纖維素分解菌、乳酸菌等有益菌的增生,其中放線菌的數量增加 3 0 倍以上,並能抑制黴菌等有害菌的生長。
   甲殼素可以被微生物分解後作為養分供植物生長,而且可以改善土壤的微生物體系以及糰粒結構,可以作為土壤改良劑。1963年美國Michell等在土壤中添加龍蝦殼或直接添加甲殼素,可以減少土壤中植物病原菌引起的病害。甲殼素可以使土壤中放線菌數量增加,病原菌的數量減少,能分解甲殼素的細菌數量也增加35倍,這些分解甲殼素的細菌產生幾丁質酶能抑制部分真菌的生長或殺死線蟲的卵。
甲殼素及殼聚糖可以促進植物生長甲殼素及殼聚糖能有效的促進植物根、莖、葉的生長,可以提高作物的產量,改善作物的品質。由於殼聚糖對於植物的氮代謝具有特別的調節功能帕,,所以對於低蛋白作物提高儲存蛋白含量作用顯著。由於甲殼素及殼聚糖含有豐富的CN元素,被微生物分解利用後可以作為養分供植物生長,同時甲殼素可以改善土壤中的微生物體系,抑制放線菌等病原菌的生長,促進有益微生物的生長,同時還能改善土壤的糰粒結構。
    在河南煙草試驗裡殼聚糖與硫酸銅互作中,低濃度(0.1)殼聚糖和高濃度(O.2)硫酸銅最有利於烤後煙葉中性致香物質含量的增加,作用效果最佳,尤其對提升類胡蘿蔔.紊類致香物質作用顯著;有助於致香成分的形成,提升煙葉品質。
    海南的試驗結果表明:水楊酸殼聚糖複合 塗膜能夠延緩芒果後熟進程,延長芒果貯藏時間。效果優於單一的殼聚糖塗膜;水楊酸殼聚糖複合塗膜對炭疽病和蒂腐病均有一定的抑制效果.在水楊酸濃度為O520mmol/L的條件下。隨著水楊酸濃度的增加,防治效果越來越明顯,其中以 2.Ommol/L水楊酸+殼聚糖複合塗膜處理的效果最好,其對炭疽病和蒂腐病的防效分別為42.15%和87.19%.對蒂腐病的防治效果比炭疽病更明顯。
山西的試驗結果表明,當殼聚糖濃度為15%~2%,藥種比為l50時, 其處理效果最好,可為菜豆抗旱種衣劑的進一步研究提供基礎。殼聚糖能促進種子萌發,對菜豆種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數等均有提高作用。
以黃瓜為材料,在江蘇通過盆栽和田間藥效試驗,測定外源殼聚糖(CTS)和水楊酸(SA)處理對黃瓜根結線蟲的卵塊形成抑制率、病情指數及防效和黃瓜產量的影響。不同濃度外源殼聚糖(CTS)和水楊酸(SA)均對黃瓜根結線蟲具有一定的防效,且兩者具有協同增效作
用,田間試驗噴施葉面處理和灌根處理中均以150 mgL 水楊酸(SA100 mg/L外源殼聚糖(CTS)混合處理防效最佳,且灌根處理優於噴霧葉面處理,防效達4455%,社區產量比對照增加273%。150mgL水楊酸(SA) 100mgL外源殼聚糖(CTS)混合灌根處理對黃瓜根結線蟲具有良好的防效與增產作用,顯示出一定的應用價值。
甘肅農大的試驗結果說明一定濃度的外源殼聚糖(CTS)浸種可促進鹽脅迫下小麥種子萌發和幼苗生長,減緩鹽脅迫傷害。在 NaCl脅迫處理下,研究了不同濃度的外源殼聚糖(CI S)對小麥種子萌發及幼苗生理特性的影響。結果表明:鹽脅迫下,0.1%~0.5%外源殼聚糖(CTS)浸種預處理的小麥種子具有較高的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數和Q 一澱粉酶活性.
瀋陽農大的試驗結果表明:100 mgL殼聚糖和0.02 mIL愛密挺溶液能夠有效提高低溫脅迫下茄子幼苗的葉綠素含量、淨光合速率(P)、氣孔導度(G)、和表觀量子效率
(AQY),降低了胞間CO2濃度(Ci)。說明愛密挺和殼聚糖能夠提高低溫脅迫下茄子幼苗的光合作用,增強其低溫耐受性。甲殼質和殼聚糖有利於改良土壤中微生物的分佈,改善作物的生存環境,防止土壤病害。甲殼素進入土壤後可促進有益菌如固氮菌、纖維分解菌、乳酸菌、放線菌的增生,抑制有害細菌如黴菌、絲狀菌的生長。有報導表明甲殼質及殼聚糖可以使土壤中放線菌增加近30倍。甲殼質/殼聚糖有改善土壤性質的作用,加上殼聚糖的抑菌作用,可將殼聚糖與可溶性蛋白(如膠原蛋白) 台成液體土壤改良劑
殼聚糖是氨基多糖類聚合物,含有豐富的CN,可被微生物分解利用並作為植物生長的養 份,同時,土壤中施用殼聚糖或其他甲殼素衍生物可改變土壤微生物區系,促進有益微生物的生長而抑制一些植物病原菌。早在1963年,美國Mitchell等人在土壤中加入龍蝦殼或甲殼素,結果使土傳植物病原真菌引起的病害如大豆根腐病,葫蘿蔔、萵苣、甜菜苗期猝倒病,線蟲病發生減輕,進一步研究發現,施用甲殼素衍生物後,土壤中放線菌數量增加,真菌數量減少,能分解幾丁質的細菌數量也增加35倍,這些分解幾丁質的細菌產生幾丁質酶抑制部分真菌的生長或殺死線蟲的卵。此外,殼聚糖與其它材料混合可配成抗旱劑或保水劑。
         殼聚糖等甲殼素衍生物在作物增產和提高品質方面有很大的潛力口]。美國Freepon s2%殼聚糖噴塗冬小麥種子後,分蘖數增加,每畝增產34.1%。華盛頓大學研究人員用殼聚糖處理小麥種子,可保護小麥免受土壤真菌的侵染,用殼聚糖處理冬小麥種子,可增產5%~30%,品質也有提高,如蛋白質增加3.36%,濕麵筋增加215%,幹麵筋增加20%。用殼聚糖為主要成分的93—4增產劑浸泡馬鈴薯種薯,最終產量增加20%。用0.05%和003%濃度的殼聚糖浸種,可分別使玉米增產14.8%和8.5%,殼聚糖處理後,穗長、穗粗、穗粒數和百粒重均有提高。
利用成膜性以及對一些微生物有抑制作用的特性,甲殼素衍生物可用於保藏水果、蔬菜、鮮花。如加拿大HaiseN0一羧甲基殼聚糖塗抹在梨、桃、蘋果、番茄上形成一層薄膜可減少氧氣進入,阻礙二氧化碳逸出水果,日本鈴木隆司等人以殼聚糖和甲殼素為主要成份製成一種保鮮劑,塗布或浸泡水果蔬菜,使其形成被膜,可防止果實、蔬菜腐爛,保存時間比未處理的長23倍,而且味道不發生變化,外觀漂亮、商品性好。

(尚有後續.......)


資料來源:  www.191.cn 

 

版權所有

版權屬微綠有限公司
使用本部落格所有資料必須加註引用來源
歡迎線上資訊交流使用,如需應用於商業行為,
請洽詢取得授權。
若本部落格發表之文章若有侵權問題請來信告知,將立即改善處理。

線上商店

歡迎參觀我的賣場 歡迎光臨我的商店